表面工程技术在模具制造中的应用

摘 要：作为一门科学与技术，表面工程能够有效的改善电子电器元件、机械零件等基质材料表面的性能。如今，表面工程中的各项表面技术已经被广泛的应用到各类机电产品当中，显然已经成为了现代制造技术的重要组成部分，是当前维修、再制造环节中是基本手段。文章首先对模具表面的主要处理技术进行了详细的阐述，其次对表面工程技术在模具制造中的应用进行了系统的分析与探讨。

关键词：模具制造；表面工程技术；应用

作为模具工业的基础，模具材料随着模具工业的迅猛发展，其不但需要具备较高的韧性、强度之外，还需要具有良好的综合性能。通过表面工程技术的应用，不仅能让模具表面的各种性能得到相应的提高，并且模具内部也将保持着足够的强韧性。显然，它的应用对于模具综合性能的改善、材料潜力的发挥、成本的降低、合金元素的节约以及模具新材料的进一步利用来说，都十分有效。

1 模具表面的主要处理技术

1.1 硬化膜沉积技术

物理气相沉积技术、化学气相沉积（CVD）是目前较为成熟的硬化膜沉积技术。硬化膜沉积技术在最早出现的时候，通常都是应用在刀具、量具等工具上，有着极佳的效果。并且，很多刀具都已经将涂覆硬化膜当做成最为标准的工艺。在目前的实际应用过程中，我们不难发现，硬化膜沉积技术的成本是较高的，尤其体现在设备的成本上。同时，硬化膜沉积技术依旧只应用于一些较精密且具有长寿命的模具上，如果通过建立热处理中心的方式来对其应用，必定会大大降低涂覆硬化膜的成本。显然，在硬化膜沉积技术的应用下，整个模具制造的水平将得到实质性的提高。

1.2 渗氮技术

在整个渗氮工艺中，具有离子渗氮、液体渗氮、气体渗氮等多种方式，而每一种不同的渗氮方式中都具有诸多不同的渗氮技术，这些不同的技术能够有效的适应不同工件、不同钢种的实际要求。另外，由于渗氮技术能够有效的形成性能较为优良的表面，并且渗氮的温度较低，在渗氮后并不需要激烈的冷却，而模具的变形也很小，加之渗氮工艺和模具钢淬火工艺之间具有良好的协调性。因此，在模具的制造过程中，渗氮技术不但是采用最早的表面处理技术，同时也是得到最广泛应用的表面处理技术。

1.3 渗碳技术

在提高模具整体强韧性的过程中，渗碳技术的应用能够很好的达到这样的目的，也就是说要使工作表面具有较高的强度以及较高的耐磨性。在一般情况下，应该将较低级的材料进行渗碳淬火处理，将其用来替代那些高级别的材料，以此来有效的降低模具的制造成本。

1.4 纳米表面技术

在整个纳米表面工程中，始终是将纳米材料以及相应的其他低维非平衡材料作为基础的，然后通过特定的加工手段、技术来对固体的表面进行超精细加工处理，从而有效的实现固体表面的改性、强化或赋予一定的新功能。具体而言，纳米表面技术主要具有两个方面的内容：一是纳米结构涂层的制作。在整个纳米结构涂层的制作中，最为有效的制作方法即是热喷涂技术的应用。与其他的技术相比较，热喷涂技术具有工艺简单、涂层厚度变化范围大、涂层和基体选择范围广、容易形成复合涂层以及沉积速率快等优越性。同时，与传统的热喷涂涂层相比较，纳米结构的涂层在韧性、强度、抗热疲劳、抗腐蚀等多方面都有着较为明显的改善[1]；二是纳米复合镀层的制作。将一维纳米质点粉体材料或零维材料加入到传统的电镀液当中，即能够有效的形成纳米复合镀层。对于模具的制造而言，如果通过了纳米复合镀层，必然能够让其本身的精度长久保持不变，而长时间的使用镀层，模具表面将长时间的处于光滑的状态，不会出现任何裂纹，其寿命必定会得到有效的延长。

2 模具制造中表面工程技术的应用

2.1 表面工程技术在材料科学与工程中的应用

一是在节约能源、降低成本的同时，还能够有效的改善环境。通过表面技术的应用，在模具工件表面制备具有优良性能的涂层，不仅能够降低能源消耗，也能提高热效率。比如热工设备在高温环境中所使用的部件，如果我们在表面上施加隔热涂层，即能够有效的减小热量损失。而在燃料的节省上，可以通过先进的表面技术来替代污染较大的技术，从而改善作业的环境质量，让零件的腐蚀、磨损等现象仅仅发生在表面。而对于这些表面损坏现象，只需要进行表面的强化与修复即可，并不需要对材料进行整体改变，从而让材料物尽其用；二是减缓与消除金属材料表面的变化或损伤。在实际的作业中，无论是金属机器设备还是相应的零部件，其都需要承受各种外界的负荷，并且会产生出程度不一、形式多样的表面变化、损伤。因此，对于工程材料或零部件而言，其表面通常都会存在着一定的宏观缺陷或微观缺陷，这就使得表面缺陷处成为了有效降低材料耐蚀性能、力学性能、耐磨性能等的发源地[2]。而通过表面技术的应用，不但能够减缓材料表面的变化、损伤，对表面的缺陷进行掩盖，更能提高零部件、材料使用的可靠性，以及延长其使用的寿命。

2.2 表面工程技术在模具型腔表面处理中的应用

一是经过表面涂层或者合金化的处理，低合金钢或者碳素工具钢的综合性能必定能够达到硬质合金以及高合金化模具材料的性能指标（甚至超过）。这对于材料成本的降低而言，必然具有重要的意义；二是表面工程技术的应用能够有效的提高模具型腔表面的耐蚀性、耐磨性、抗高温氧化性，表面的硬度将得到实质性的提升。在各方面性能得以提升的情况下，模具的使用寿命必然也会随之增加。同时，表面工程技术的应用还能够提高模具型腔表面的脱模能力与抗擦伤能力，其生产效率也会随之提高；三是表面工程技术也能够在模具的修复与再制造过程中发挥出重要作用，将使模具的修复与再制造过程更有效率、质量；四是在模具型腔表面纹饰的制造中，表面工程技术的应用必定能够提高制品的附加值、档次。

3 结束语

总之，在改善模具综合性能的过程中，表面工程技术的作用必定占据了相当关键的地位。因此，模具企业应进一步加强与技术界的合作，坚持走市场化、产业化的道路，加快表面工程技术的产业化、实用化进程，从而让模具的性能与综合质量得以全面的提升。

参考文献

[1]张立杰.表面处理技术在模具制造中的应用[J].大众科技，2010，11：110-111.

[2]李养良，杜大明，宋杰光，等.模具表面强化新技术的应用和发展[J].热处理技术与装备，2010，4：9-12+59.